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地特三等申論題 111年 [電力工程] 電機機械

第 一 題

📖 題組:
某部單相額定為 2200/220 伏特的變壓器,忽略鐵心損失及激磁電抗,此變壓器等效至一次側(高壓側)的串聯電阻為 0.75 Ω 及串聯電抗為 1.5 Ω。此外,在額定電壓下此變壓器一次側輸入的電流為 100 安培,功因為 0.8 滯後。試計算此部變壓器:(每小題 5 分,共 20 分) (一) 一次側感應電壓(induced voltage)為若干伏特? (二) 一次側的輸入功率為若干仟瓦? (三) 變壓器的銅損為若干仟瓦? (四) 二次側的感應電壓為若干伏特?
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

一次側感應電壓(induced voltage)為若干伏特?

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看到變壓器忽略激磁分支並給定等效串聯阻抗時,應優先採用簡化等效電路模型。解題時先將輸入電壓設為參考相量,並依據功率因數寫出電流的複數相量形式,最後利用克希荷夫電壓定律(KVL)扣除串聯阻抗的電壓降,即可精確求得一次側感應電壓的大小。

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【解題關鍵】利用單相變壓器簡化等效電路及克希荷夫電壓定律(KVL),以相量(Phasor)運算求得內部感應電壓。 【解答】 計算:

小題 (二)

一次側的輸入功率為若干仟瓦?

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本題只需代入單相交流電的實功率公式 P = VI cosθ。確認一次側的端電壓、輸入電流及功率因數後直接計算即可得解,注意最後單位需換算為仟瓦(kW)。

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【解題關鍵】單相交流系統輸入實功率公式:$P_{in} = V_1 I_1 \cos\theta$。 【解答】 計算:

小題 (三)

變壓器的銅損為若干仟瓦?

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本題測驗變壓器銅損的計算。看到「銅損」,應立刻聯想到繞組等效電阻所消耗的實功率。利用已知的「一次側輸入電流」與「等效至一次側的串聯電阻」,直接代入 P = I^2 × R 即可求得總銅損,最後注意將單位換算為仟瓦 (kW)。

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【解題關鍵】變壓器總銅損等於一次側電流平方乘上等效至一次側之總串聯電阻(P_cu = I_1^2 × R_eq1)。 【解答】 計算:

小題 (四)

二次側的感應電壓為若干伏特?

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本題測驗理想變壓器的基本電壓轉換關係。解題關鍵在於先求出變壓器的匝數比(a),再利用一次側感應電壓(E1)與二次側感應電壓(E2)成正比的關係(E1/E2 = a)直接進行數值換算。

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【解題關鍵】利用變壓器的匝數比(a)與一、二次側感應電壓成正比的關係式(E1/E2 = a)進行推導。 【解答】 計算:

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